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LD远场光强数学建模及其特性参数的测控

LD远场光强数学建模及其特性参数的测控

作者：薛灏浙江大学

学位级别：硕士

随着社会和科技的进步，人们对信息需求量越来越大，传统的电通讯方式正在让位于光纤通讯，DWDM(密集型波分复用)就是光纤通讯中很有前途的一种技术。作为DWDM的泵浦源，980nm半导体激光器的重要性是不言而喻的，而980nm半导体激光器同S... 详细信息

随着社会和科技的进步，人们对信息需求量越来越大，传统的电通讯方式正在让位于光纤通讯，DWDM(密集型波分复用)就是光纤通讯中很有前途的一种技术。作为DWDM的泵浦源，980nm半导体激光器的重要性是不言而喻的，而980nm半导体激光器同SMF(单模光纤)的耦合率则是在泵浦过程中关心的极为重要的一个课题。由于生产工艺等原因，造成不同980nm半导体激光器个体的特性参数的不尽相同，而生产厂商给出的特性往往都只是一个典型值，如果用典型值来进行耦合效率的估算，必然造成很大的误差，从而对检验某种耦合方式的优劣性造成不良影响。就算是同一个半导体激光器个体，随着工作时间的增长，必然造成激光器工作温度的变化，从而进一步影响到激光器的输出功率等特性参数。用这样的激光器来进行高精度的耦合实验必然是一种灾难。本文着重论述了利用NI公司的Labview虚拟仪器语言进行软件编制，并利用软件通过GPIB硬件接口对ILX公司的LDC3900半导体激光器电源进行实时监控的方法，通过对LDC3900半导体激光器电源的监控，从而保证了连接在该电源上的980nm半导体激光器能够长时间的工作在恒定的环境温度、恒定的工作电流、工作电压下，并保证了激光器能输出稳定功率的光束。通过对980nm半导体激光器特性参数的控制，从而向耦合实验提供了稳定的激光光源。本文同时还探讨了处于空间任意位置的半导体激光器远场模场分布情况，建立了理论模型并描绘了处于某些特定位置下的半导体激光器远场光强分布曲线。该理论模型的建立为日后对980nm半导体激光器远场光强分布的探测工作奠定了基础并提供了一定的指导作用。同时，该模型也可以为980nm半导体激光器同SMF的耦合工作提供一定的指导，从而缩短耦合实验所需的时间。需要指出的是，虽然本文是建立在980nm半导体激光器的基础之上，但本文的适用范围并不局限于980nm半导体激光器，本文对于半导体激光器具有普适性。

关键词：半导体激光器机合远场模场光强分布坐标变换 GPIB(IEEE488) LDC39OO 参数控制

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玻璃基光功分器的研制

玻璃基光功分器的研制

作者：盛志瑞浙江大学

学位级别：硕士

光功分器在光通信系统、光纤用户网、光无源网络(PON)、光纤CATV、光局域网等网络中被广泛的应用。它可以实现对光信号进行分路或合路的功能。本文对如何采用离子交换技术在玻璃材料上制作集成光波导功分器产品展开了研究。玻璃基光功... 详细信息

光功分器在光通信系统、光纤用户网、光无源网络(PON)、光纤CATV、光局域网等网络中被广泛的应用。它可以实现对光信号进行分路或合路的功能。本文对如何采用离子交换技术在玻璃材料上制作集成光波导功分器产品展开了研究。玻璃基光功分器具有插入损耗低、均匀性好、工作带宽宽、结构紧凑、成本低、可靠性高等优点。离子交换工艺要求玻璃材料必须满足下面几个条件:足够的离子交换折射率增量,也就是玻璃中含有足够的可交换碱金属;可形成光学级平板;银离子在玻璃材料中应稳定;化学稳定性高;折射率应和光纤的折射率接近。经过大量的分析比较,我们专门设计了一种适合于离子交换工艺的玻璃材料。利用电场辅助掩埋工艺可以将表面沟道波导埋入表面以下,称为掩埋沟道波导。这样就可以避免表面沟道波导容易受玻璃表面的缺陷或灰尘颗粒影响的缺点,降低波导传输损耗,本文得到的波导传输损耗为0.2dB/cm。而且通过对工艺参数的优化,得到了传输模场和单模光纤的传输模场很接近的掩埋沟道波导,两者耦合损耗很低。基于这种离子交换工艺,本文设计了一种新型Y分支功分器。和传统Y分支结构不同的是,新型结构中的Y分支是逐级倾斜的,也就是大部分Y分支的输入波导与器件中心轴不平行。这种结构最大的优点是,它总能够保证分支处弯曲波导的曲率半径比传统结构的曲率半径大的同时,器件总长度却比传统结构小。而且输出路数越多,这种优点体现的越明显。另外,本文也设计了一种MMI型1×8功分器,得到了较好的通光结果。结合经过优化的电场辅助掩埋波导离子交换工艺,我们制作了新型Y分支结构的功分器(1×4、1×8、1×16、1×32等)。得到了较满意的测试结果。比如,根据博创科技公司的测试结果,1×8功分器的最大插入损耗为11.054dB,均匀性小于0.371dB;而按照自己的测试结果:最大插入损耗为10.67dB,均匀性小于0.28dB。均匀性很好,PDL为0.2dB,波长相关性很小,工作带宽较宽。达到了指标要求。这些器件优良的性能证实了新型Y分支结构设计的合理性和电场辅助离子交换工艺的可靠性。

关键词：功分器波导传输光波导器件模场插入损耗表面沟道均匀性折射率变化单模光纤工作带宽

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高双折射光子晶体光纤的设计与数值模拟

高双折射光子晶体光纤的设计与数值模拟

作者：罗磊中南大学

学位级别：硕士

光子晶体光纤是利用光子晶体约束光脉冲的性质进行波导传输的光纤,由于其特殊的光学特性和结构设计的灵活性,使其成为光纤应用领域的研究热点。光子晶体光纤可以实现较高双折射的特性,在光纤陀螺、光纤传感、光纤脉冲激光器以及全光网... 详细信息

光子晶体光纤是利用光子晶体约束光脉冲的性质进行波导传输的光纤,由于其特殊的光学特性和结构设计的灵活性,使其成为光纤应用领域的研究热点。光子晶体光纤可以实现较高双折射的特性,在光纤陀螺、光纤传感、光纤脉冲激光器以及全光网的实现上有着重要的应用。本文设计了两种二维截面的光子晶体光纤,并对它们的模场、双折射、色散特性进行了数值研究。论文的主要内容如下：首先,阐述了课题的研究意义,探讨了光子晶体光纤的应用前景。对常用的数值模拟的理论方法进行了介绍与对比,着重分析了有限元法在光子晶体光纤性质研究时的原理以及相关软件的使用步骤。其次,建立非对称六角形栅格排列的光子晶体光纤模型,利用有限元法对光纤的模式特性进行了分析。数值讨论了结构参数对光纤双折射的影响,获得了光纤两个正交偏振态的色散和光纤的非线性系数,同时对造成各类性质的成因进行了分析,对光子晶体光纤进行了参数设计和结构优化。最后,提出了一种新型的扇面形空气孔中心对称结构的高双折射光子晶体光纤。利用变分原理,离散化地求解光子晶体光纤的模场泊松方程,得到光纤的有效折射率。研究结果显示,光纤纤芯和包层的不对称引起双折射现象,通过调整孔径比和圆心角可以有效地调节双折射的大小,使双折射达到10-2量级,在传输波长为1550nm时,光子晶体光纤的双折射值为4.8×10-2;而且相同结构参数下,光纤的色散在很宽的频带上较平坦。

关键词：光子晶体光纤有限元法色散双折射模场

光纤自动耦合系统与塑料光纤光栅传感技术研究

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光纤自动耦合系统与塑料光纤光栅传感技术研究

作者：伊林浙江大学

学位级别：硕士

塑料光纤具有相当可观的潜在市场和应用前景。实验室中需要对单模塑料光纤和塑料光纤光栅进行一些测试，然而目前一些光学仪器都是以石英光纤为标准，所以需要实现单模塑料光纤和单模石英光纤耦合。本文中提出了可以实现该功能的自动耦... 详细信息

塑料光纤具有相当可观的潜在市场和应用前景。实验室中需要对单模塑料光纤和塑料光纤光栅进行一些测试，然而目前一些光学仪器都是以石英光纤为标准，所以需要实现单模塑料光纤和单模石英光纤耦合。本文中提出了可以实现该功能的自动耦合系统。文中重点阐述了该系统中的图像处理部分，包括图像采集、预处理、分析、显示、自动耦合算法等。实验数据表明，使用该系统耦合后的损耗可低达0.8dB。基于该系统，本文对于塑料光纤长周期光栅的特性进行了研究，测得了光栅的透射谱线，进而进行了温度传感实验研究，最后提出了进一步研究的设想。模场测量是模场直径测量的第一步，因此光纤模场的测量就显得十分必要。文中介绍了单模塑料光纤的模场分布的测量系统，并对实验结果进行了分析处理。针对当前测量液面高度的传感器精度不高的现状，文中提出了一种分辨率可以达到0.36mm的光纤Bragg光栅液位传感系统，并进行了实验研究。

关键词：塑料光纤 (自动)耦合图像处理长周期光栅模场光纤Bragg光栅液位传感

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镓扩散铌酸锂晶体光波导的制备及表征

镓扩散铌酸锂晶体光波导的制备及表征

作者：任帅天津大学

学位级别：硕士

铌酸锂晶体因其性能比较稳定、透光波段较宽、具有良好的压电效应、铁电效应、热电效应、电光效应、声光效应、光折变效应、光弹效应、非线性光学中的非线性效应等优良的光学性能,且具有数目较多的本征缺陷,而被广泛的应用于光学领域。... 详细信息

铌酸锂晶体因其性能比较稳定、透光波段较宽、具有良好的压电效应、铁电效应、热电效应、电光效应、声光效应、光折变效应、光弹效应、非线性光学中的非线性效应等优良的光学性能,且具有数目较多的本征缺陷,而被广泛的应用于光学领域。当今钛扩散铌酸锂晶体光波导的研究比较成熟,但是钛扩散铌酸锂晶体光波导存在光损伤的问题,然而研究表明镓具有抗光折变的特性,并且可以制作条形波导,因此,本文采用铌酸锂晶体做为基底,制作镓扩散条形光波导。本论文主要进行了以下两方面的研究和探讨:(1)Ga:LN单模条形光波导制备与光学表征。实验用Z切同成分双面抛光的铌酸锂为基底,通过电子束蒸发镀膜技术,在其表面制作127±2nm厚,8um宽的GaO条;样品在950C条件下,采用高温扩散工艺处理2小时,成功制作出镓条形光波导;实验表明本文制作的镓条形光波导,在1547nm光源下,可以同时具有TE和TM两种传导模式,实验得到本文的样品传输损耗约为TE模式0.5dB/cm(TM模式1.0dB/cm)。(2)Ti:Ga:Er:LN单模条形光波导的制备和光学特性表征。实验用Z切同成分双面抛光的铌酸锂为基底,采用磁控溅射镀膜工艺,在样品表面沉积18±2nm的铒金属薄膜,并在1600C高温条件下处理120h;然后,采用磁控溅射镀膜工艺,在其表面制作130±2nm厚、8um宽的Ti条,并在1060C条件下扩散8h;最后,采用电子束蒸发镀膜工艺,在其表面沉积140±2nm的氧化镓薄膜,并在1060C条件下扩散1h。在980nm做为泵浦光,1547nm做为信号光的条件下,放大实验获得信号增强因子随泵浦功率的实验关系,同Ti:Er:LN相比,实验结果表明镓掺杂有效地提高了光波导的抗光折变能力。

关键词：铌酸锂晶体内扩散光波导模场

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单模光波导端面衍射场特性分析

单模光波导端面衍射场特性分析

作者：李连煌福建师范大学

学位级别：硕士

伴随着波分复用技术的迅猛发展，从20世纪90年代以来，对光纤通信波分复用器的研究主要集中到集成光学技术上，而介质光波导本征模场分布、端面衍射场特性和端面间非接触耦合特性是许多集成光学器件设计的基础。因此，本文着重研究了光... 详细信息

伴随着波分复用技术的迅猛发展，从20世纪90年代以来，对光纤通信波分复用器的研究主要集中到集成光学技术上，而介质光波导本征模场分布、端面衍射场特性和端面间非接触耦合特性是许多集成光学器件设计的基础。因此，本文着重研究了光波导的端面衍射场特性以及衍射光束的特征参量，为集成光学器件的设计或优化提供理论支持。以单模平面光波导为研究对象，直接从瑞利—索末菲标量衍射积分公式出发，采用最快速下降法，推导出在菲涅尔深区，衍射源场与衍射场的场分布是一样的，采用瑞利判据，简化标量衍射积分公式，同样得到了菲涅尔衍射公式和夫琅和费衍射公式，并结合计算机数值模拟加以验证;分析了菲涅尔深区场、菲涅尔衍射场和夫琅和费衍射场各自的特性以及比较了它们之间的差别。根据瑞利—索末菲标量衍射积分公式和卷积定理，推导出介质平面光波导基模经狭缝衍射后的衍射场分布为狄拉克函数与sinc函数、洛仑兹函数的卷积，阐明受限衍射的本质，并对衍射场的分布特性进行了详细的探讨;分析了作为衍射效应标志的中央亮条纹强度半最大值全角宽度随狭缝半宽度的变化关系，并拟合出它们的函数关系。通过数学建模以及采用曲线拟合方法，拟合单模光波导端面衍射光束的特征参量与波导归一化频率的关系，分别给出了以二阶矩和微分算子定义的近场模场半径、以二阶矩和微分算子定义的远场发散角角半径以及基于二阶矩定义的光束传输因子和波导归一化频率、波导芯层半径的函数关系式，并且有较高的精确度：分析单模光纤在一定归一化频率范围内，基模模场分布采用高斯近似的合理性，提出采用等效匹配效率确定高斯近似时的模场半径，给出光纤基模等效模场半径基于光纤归一化芯层驻波参量和归一化包层倏逝波参量的计算公式，并拟合出其与光纤归一化频率的函数关系式。这些结论，在一定程度上为快速地分析和计算单模平面光波导和单模光纤端面衍射光束参量提供理论基础。

关键词：光波导模场衍射半最大值全角宽度光束参量

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螺旋多模自跟踪天线

无线电工程 1981年第2期 26-43页

作者：王中文

本文分析了一种能在较低频段实现高增益、宽频带要求的螺旋多模自跟踪天线。文章前半部分,简述了螺旋多模自跟踪天线的原理,并以行波“电流环”的辐射为基础,推导了螺旋馈源的抛物面天线辐射场及其轴向和增益、差斜率的表达式,计算了它... 详细信息

本文分析了一种能在较低频段实现高增益、宽频带要求的螺旋多模自跟踪天线。文章前半部分,简述了螺旋多模自跟踪天线的原理,并以行波“电流环”的辐射为基础,推导了螺旋馈源的抛物面天线辐射场及其轴向和增益、差斜率的表达式,计算了它们理论上可能达到的指标。文章的后半部分,以实验馈源的测试数据为基础,推导了抛物面天线的辐射场及其轴向和增益、差斜率的表达式,计算了这种自跟踪天线实际上所达到的指标,并将它们与某些园喇叭馈源的抛物面自跟踪天线的相应指标做了比较。

关键词：馈源辐射场模场增益函数抛物面天线反射面天线差斜率

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电磁波在人体内的传播

微波 1986年第2期 45-55页

作者：曾菊良董文龙上海交大

1.引言由于电磁波的生物效应及在医学上的应用,研究电磁波在生物媒质内的传播、引起了人们的注意。目前已知的生物媒质的电参量是不均匀的,具有各向异性,而且随时间而变。生物体的边界形状也不规则,而用寻常规则的圆,矩形、椭圆等形状... 详细信息

1.引言由于电磁波的生物效应及在医学上的应用,研究电磁波在生物媒质内的传播、引起了人们的注意。目前已知的生物媒质的电参量是不均匀的,具有各向异性,而且随时间而变。生物体的边界形状也不规则,而用寻常规则的圆,矩形、椭圆等形状来逼近处理。若媒质的介电常数为ε,导磁率为μ,电荷体密度为ρ?,磁荷体密度为ρm,则麦克斯韦

关键词：方程立方体正方体修正项代入等效电流密度生物媒质数学常数模场未知量数学分析矩阵生物体球形 EM 波电磁波

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导波光的元激发杂交耦合理论

自然杂志 1986年第7期10卷 492-500,532-560页

作者：方俊鑫上海交通大学

导波激光是超乎我们正常概念之外的“光”,它并不完全遵守电磁辐射所遵守的基本规律.上海交通大学方俊鑫教授认为,导波激光是入射激光与介质波导(光纤)中的电磁性元激发杂交耦合的结果.这样导波激光就不是单纯的电磁辐射,而具有了物质... 详细信息

导波激光是超乎我们正常概念之外的“光”,它并不完全遵守电磁辐射所遵守的基本规律.上海交通大学方俊鑫教授认为,导波激光是入射激光与介质波导(光纤)中的电磁性元激发杂交耦合的结果.这样导波激光就不是单纯的电磁辐射,而具有了物质元激发波的属性.《导波光的元激发杂交耦合理论》一文较全面地介绍了作者自己的理论体系.文章着重讲概念,很适合非本专业的科学工作者一读.

关键词：波光导波迅衰场表面波光导纤维光纤电子能态准粒子激光馈电设备波导元激发模场耦合理论